КОЛЛЕКТИВНАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ АНТЕННА

July 10, 2014 by admin Комментировать »

М. ЧЕСКИ (ЧССР)

В настоящее время во многих семьях уже имеется не по одному, а по два, а иногда и по три телевизора. Для нормальной (т. е. обеспечивающей высокое качество изображения н звука) эксплуатации каждый из них требует подключения к внешней телевизионной антенне. В городах – по крайней мере в тех домах, где имеются коллективные антенны — вопрос решается очень просто. Для этого достаточно завести в квартиру еще один фидер от распределительной коробки, которая, как правило, находится иа том же этаже, что н квартира. В сельской местности, в пригородах, где преобладает индивидуальная застройка, коллективных антенн, как правило, нет, вот почему нередко на небольших домах можно порой увидеть „лес” индивидуальных телевизионных антенн. По многим соображениям — экономическим, эксплуатационным, эстетическим – установка в этом случае одной (пусть самодельной) коллективной антенны является предпочтительной.

Прежде чем разбирать особенности организации коллективной сети в пределах небольшого дома (для одной или нескольких семей), напомним некоторые основные положения, касающиеся антенно-фидерной техники.

Приемные антенны преобразуют энергию электромагнитных волн в ВЧ энергию, поступающую по фидеру (обычно это коаксиальный кабель) к телевизионному приемнику. Коэффициент усиления антенны (измеряется в децибелах) показывает, во сколько раз напряжение, возникающее на выходе данной антенны, больше, чем у образцовой. В качестве образцовой антенны обычно используют полуволновый диполь, хотя иногда образцовым считают изотропный (ненаправленный) излучатель. Какую из этих двух антенн считать образцовой непринципиально, ибо известно, что полуволновый диполь имеет выигрыш по усилению по сравнению с изотропным излучателем 2,15 дБ. Нередко в литературе упоминают н эффективную площадь антенны, которая однозначно связана с коэффициентом усиления антенны. Понятие эффективной площади антенны полезно при рассмотрении влияния на ее характеристики металлических предметов (крыша, провода н т. д.), находящихся в непосредственной близости от антенны.

Коэффициенты подавления боковых и тыловых лепестков диаграммы направленности антенны также выражают в децибелах. По сути они характеризуют чувствительность антенны к воздействию мешающих сигналов всех видов. К их числу относятся, в частности, и сигналы телецентра, отраженные от близлежащих металлических предметов, железобетонных строений и т. п. – они могут вызвать ухудшение четкости изображения или даже многоконтурное изображение на экране телевизора.

При приеме сигналов телецентра на большом от него расстоянии (на границе зоны уверенного приема) наиболее важная характеристика антенны – коэффициент усиления.

Передача энергии от антенны к приемнику осуществляется по ВЧ фидеру – коаксиальному кабелю. Одна из основных характеристик кабеля – его волновое сопротивление (измеряется в омах). Для фидеров телевизионных приемных антенн обычно используют кабели с волновым сопротивлением 75 Ом. Еще один важный параметр коаксиального кабеля – погонное затухание, которое характеризует ослабление мощности распространяющегося по кабелю электромагнитного сигнала. Единица измерения – децибелы на метр (на 100 метров, на километр). Потери в кабеле растут с частотой, поэтому для приема сигналов телецентров, работающих на ВЧ каналах метрового диапазона волн и тем более в дециметровом диапазоне волн, желательно применять кабели с малым погонным затуханием.

Соединять последовательно можно лишь кабели с одинаковым волновым сопротивлением, иначе часть электромагнитной энергии будет отражаться от точки соединения. Это плохо не только потому, что при этом часть энергии будет потеряна (Г. е. ослабнет полезный сигнал). Если фидер имеет хотя бы две точки соединения с несогласованными волновыми сопротивлениями, что из-за многократного отражения в этих точках сигнала на изображении может возникнуть ухудшение четкости изображения (так называемый муар) или даже повторы изображения. Рассогласование может возникать, в принципе, во многих точках антенно-фидерного тракта (место подключения фидера к антенне и к телевизору, распределительные коробки, если они н имеются в тракте, н т. д.).

В ряде случаев нельзя обойтись только одной телевизионной антенной. Подобная проблема возникает, когда местный телецентр работает на нескольких каналах, существенно различающихся по частоте (в том числе может быть и случай, когда одна из программ передается с вертикальной поляризацией, а другая с горизонтальной), или когда имеется возможность приема более чем одного телецентра (как правило, они в этом случае находятся в разных направлениях от точки приема). Естественно, что при двух приемных аитениах желательно иметь все-таки один фидер – как из соображений удобства пользования, так и из соображений экономии коаксиального кабеля. При достаточно большом разносе частот для решения этой задачи можно воспользоваться селективными элементами — полосовыми фильтрами, а также фильтрами высших и низших частот, которые обеспечат минимальные потери полезного сигнала. Подобные фильтры особенно эффективны при объединении сигналов антенн метрового и дециметрового диапазонов волн. Неселективные устройства объединения сигналов антенн (и, кстати, распределения сигналов от одного фидера к нескольким потребителям) имеют заметное затухание – по крайней мере несколько децибел. Эти потери, так же как и потери в коаксиальном кабеле, необходимо учитывать при разработке сети коллективного пользования телевизионной антенной.

Возможны, в принципе, два варианта реализации внутренней телевизионной сета в доме: последовательная цепь (рис. 1, а) и параллельная (рис. 1,6). Последовав

Таблица

Затухание, дБ

S

Коэффициенты

Затухание, дБ

К оэффициенты

с

d

с

d

0,1

0,03

0,06

12

0,60

1,86

1

0,06

0,11

13

0,63

2,11

2

0,11

0,23

14

0,66

2,38

3

0,17

0,36

15

0,70

2,65

4

0,23

0,48

16

0,72

2,95

5

0,28

0,61

17

0,75

3,27

6

•0,33

0,75

18

0,77

3,63

7

0,38

0,89

19

0,80

4,46

8

0,43

1,05

20

0,82

4,94

9

0,48

1,23

25

0,90

10,00

10

0,51

1,42

30

0,93

15,00

11

0,56

1,62

тельную цепь можно применять там, где уровень сигнала, поступающего с телевизионной антенны, относительно большой, а общая протяженность сети в доме (от первого ответвления до последнего) небольшая. Дело в том, что в этом случае потери сигнала заметно растут по мере того, как мы удаляемся от антенны. Причин тому две: увеличивается длина кабеля, предшествующего данному ответвлению в сети, и возрастает число ответвителей, включенных до него в сеть. Критерий применимости такой цепи очевиден – у самого дальнего от антенны абонента уровень сигнала должен быть достаточен для качественного приема телевизионных программ. Вариант с параллельной цепью приведен на рис. 1, б. Здесь неравномерность в уровнях сигнала у отдельных абонентов будет ниже. Заметим, что независимо от типа цепи к каждому ответвителю’ следует подключить либо телевизионный приемник, либо (если приемник По каким-то причинам отключают, например направляют в ремонт) нагрузочный резистор сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля (75 Ом). Для этой цели у абонента должна иметься стандартная (как у телевизора) ВЧ розетка с подпаянным к ней резистором. В принципе допустимы и комбинированные варианты сети, когда имеются как последовательная, так и параллельная ее части.

Возможность реализации того или иного варианта целесообразно проверить экспериментально. Для" этого оценивают потери в фидере и распределительном тракте и подключают исправный телевизионный приемник к антенне через аттенюатор, имеющий такие же потери. Если качество изображения достаточно хорошее, то

Рис. 2 изготовление выбранного варианта коллективной сети оправданно. Принципиальные схемы аттенюаторов П- и Т-образного приведены на рис. 2. Оба варианта аттенюаторов равноценны и на выбор того или иного из них могут влиять только практические соображения (например, наличие соответствующих резисторов для изготовления данного аттенюатора).

Для Т-образного звена сопротивление резисторов R1 и R2 расчитывают по формулам

ще Ζ – волновое сопротивление коаксиального кабеля фидера; cud — коэффициенты, зависящие от требуемого затухания аттенюатора (их берут из таблицы).

Для П-образного звена формулы для расчета имеют следующий вид:

Резисторы для аттенюаторов следует подобрать с точностью не хуже 5%. При больших отклонениях их сопротивлений от расчетных значений не только изменяются потери, вносимые аттенюатором, но возможно и появление рассогласования аттенюатора с фидером.

Если уровень сигнала невелик, то необходимо ввести в тракт коллекторной телевизионной сети дополнительный усилитель. Заметим, что следует избегать применения усилителей по двум причинам. Во-первых, это будет самый ненадежный элемент системы (требующий к тому же источника питания). Во-вторых, он может сам стать источником искажений принимаемых сигналов (из-за интермодуляционных явлений, характерных для усиления сигналов в широкой полосе частот). В этом случае на нелинейные элементы усилителя воздействует сразу несколько мощных сигналов, что и может привести к заметной интермодуляции. Однако иногда обойтись без усилителя невозможно, но при этом следует придерживаться простых правил, которые минимизируют отрицательные явления, связанные с интермодуляцией.

Прежде всего усиливать необходимо только тот сигнал, который нуждается в усилении. Иными словами, там, где это возможно, полосу частот сигналов, поступающих на усилитель, необходимо ограничивать селективными цепями. Если усиливаются несколько сигналов, то их уровни необходимо перед подачей иа усилитель выравнять (допустима разница не более чем в 3 дБ). Если в полосу пропускания усилителя попадает диапазон УКВ ЧМ вещания, то необходимо принять меры, чтобы уровень сигналов УКВ ЧМ станций был ниже уровня сигналов телевизионных станций примерно на 10 дБ. Коэффициент усиления следует выбирать минимально не-, обходимый для получения приемлемого качества телевизионного изображения. Это особенно существенно, если усиливаются сигналы нескольких телевизионных программ. Естественно, что усилитель должен быть согласован с фидером как на входе, так и на выходе.                                                         *

Несколько вариантов размещения телевизионной антенны на крыше дома показано на рис. 3-6. В местности, где имеются источники интенсивных помех (в частности, из-за отражения электромагнитных волн от соседних зданий), антенну целесообразно устанавливать иа скате крыши. В этом.случае крыша будете какой-то мере защищать антенну от помех, поступающих с других направлений (рис. 3). С конструктивной точки зрения антенну, конечно, удобнее размещать на гребне

крыши (рис. 4). Этот вариант на практике используют чаще всего. Он может окаться неприемлемым лишь в том случае, когда речь идет о приеме в условиях интенсивных помех на границе зоны уверенного приема телевизионных сигналов. На плоской крыше антенну обычно размещают примерно в середине. Если на ней нет элементов, за которые можно закрепить оттяжки антенны, то решением этой задачи может быть установка на крыше небольших бетонных блоков (рис. 5). Эго позволит избежать повреждения крыши при установке специальных крепящих болтов и т. д. Один из удобных вариантов установки антенны – крепление ее к стене строения (рис. 6). Чтобы избежать попадания в помещения воды, стекающей по фидеру, в месте его ввода в помещение необходимо сделать небольшую петлю. Крепление мачты антенны к стене здания имеет один недостаток — возникающий при раскачивании антенны ветром шум проникает в помещение. Для невысоких строений антенну можно установить рядом со стеной, но на собственном основании (бетонной подушке и т. п.), как это показано иа рис. 7. Узел крепления антенны к стене при этом не несет

больших нагрузок и может включать в себя амортизатор (в простейшем варианте прокладку из резины), который ослабит передачу колебаний мачты антенны на стену здания.

Если в сети используется усилитель телевизионных сигналов, то его целесообразно размещать как можно ближе к антенне (например, на чердаке). Идеальным было бы установить его непосредственно на антенне, но в большинстве случаев это невозможно, так как в любительских условиях трудно изготовить корпус, надежно защищающий усилитель от воздействия атмосферной влаги.

При выборе трассы прокладки коаксиального кабеля в доме необходимо стремиться -сделать ее минимальной по длине, но здесь нередко определяющими бывают соображения эстетического плана (он не должен бросаться в глаза и т. д.). Самое тонкое место — изгибы коаксиального кабеля. Они должны быть достаточно главными, ибо в месте изгиба всегда есть опасность прорезания диэлектрика центральным проводником кабеля. Особенно высока вероятность такого повреждения кабеля при его протаскивании через трубки (рнс. 8). В этом случае возможно даже замыкание центрального проводника кабеля на оплетку.

Несколько вариантов прокладки кабеля в доме показаны на рис. 9, а, б (последовательная цепь) и рис. 9, в (параллельная цепь).

Рис. 9

Суммировать сигналы нескольких антенн можно, как уже отмечалось, разными способами. Если их рабочие диапазоны частот существенно различаются (например, одна антенна работает в метровом, а другая в дециметровом диапазоне), то лучше всего применить устройство, содержащее фильтры низших и высших частот. Причем из-за большого разноса рабочих частот здесь можно обойтись простейшими оцнозвенными фильтрами. Принципиальная схема подобного устройства приведена на рис. 10, а его амплитудно-частотная характеристика на рис. 11. К входу 1 подключают ДМВ антенну (каналы с 21-го по 61-й), а к входу 2 — антенну метрового диапазона волн (каналы с 1-го по 12-й). Как следует из рис. 11, вносимые в рабочих полосах частот потери у этого суммирующего устройства не превышают 1 дБ. Его можно собрать на небольшой плате из фольгированного материала (рис. 12). Катушка L1 имеет 1,5 витка проводом 0,5 мм, шаг намотки 1,3 мм. Катушки L2 и L3 содержат по 5 витков, шаг намотки 1 мм. Все эта катушки безкаркасные — для их изготовления используют оправку диаметром 3 мм. При монтаже устройства следует стремиться к тому, чтобы все проводники, включая и выводы конденсаторов, имели минимальную длину.

Если уровень сигнала одной из антенн заметно больше, чем у другой, то для суммирования этих сигналов можно использовать так называемый направленный ответвитель. В нем используется коаксиальный кабель с дополнительным проводником ({Жс. 13), к одному из концов которого подключают фидер антенны 2,имеющий больший уровень сигнала, а к другому – нагрузочный резистор R. Сигнал от антенны 1 проходит на выход устройства практически без потерь, а сигнал от антенны 2 частично попадет (из-за связи между проводниками) в основной фидер, а частично рассеивается на резисторе R. Электрическая длина ответвителя / должна быть примерно λ/4 для средней частоты рабочего диапазона волн второй антенны.

йте. 11

Практическая конструкция устройства для суммирования сигналов на основе направленного ответвителя показана на рис. 14. Собственно ответвитель изготавлива

Рис. 15

ют из двух пластинок одностороннего фильтрованного материала, между которыми в диэлектрических пластинках с пазами фиксируют центральные проводники коаксиальных кабелей (рис. 15). Соотношения между основными размерами направленного ответвителя зависят от диэлектрической проницаемости е материала, из которого ои изготовлен. Для трех значений коэффициента связи между проводниками коаксиального кабеля эти зависимости приведены на рис. 16. При определении физической длины направленного ответвителя естественно необходимо принимать во внимание значение диэлектрической проницаемости материала – линия будет в %/е раз короче, чем расчетное значение ее электрической длины. Типичные частотные зависимости основных характеристик такого сумматора для двух различных коэффициентов связи между центральными проводниками направленного ответвителя приведены на рис. 17а, б. Здесь 1 — потери, вносимые ответвителем в сигнал антенны 1; 2 —потери, вносимые ответвителем в сигнал антенны 2; 3 – развязка между антеннами 1 и 2.

Принципиальная схема простого широкополосного усилителя телевизионного сигнала приведена на рис. 18 Его коэффициент шума около ЗкТ0, а коэффициент усиления составляет примерно 30 дБ в метровом диапазоне волн и 25 дБ в дециметровом Диапазоне. При налаживании устройства подбором резисторов RI и R4 устанавливают коллекторные токи транзисторов VI и V2 соответственно 7 и 17 мА. Усилитель можно собрать на небольшой печатной плате (рис. 19). За исключением резисторов все детали устанавливают на плате со стороны фольги. Катушка L1 имеет 1,75 витка проводом 0,5 мм. Ее наматывают виток к витку на оправке диаметром 4 мм. Катушка 1.2 содержит три витка проводом 0,2 мм. Намотка рядовая, виток к витку на оправке диаметром 1,5 мм. R5 состоит из двух включенных последовательно резисторов сопротивлением 470 Ом. В процессе наладки напряжение питания на транзисторах следует повышать постепенно, контролируя ток, потребляемый усилителем. Его резкое (скачком) увеличение будет свидетельствовать о самовозбуждении усилителя.

Транзисторы BRF91 можно заменить на КТ610А(Б). В качестве ответвителей можно использовать имеющиеся в широкой продаже абонентские ответвители „Краб”.

Источник: Конструкции советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей. – Кн. 3. – М.: Радио и связь, 1987. — 144 с.: ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1113)

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты